Expression of icaA and icaD genes in biofilm formation in Staphylococcus aureus isolates from bovine subclinical mastitis / Expressão dos genes icaA e icaD na formação de biofilme em isolados de Staphylococcus aureus de mastite subclínica bovina

Staphylococcus spp. plays a significant role in the etiology of bovine mastitis. Staphylococcus aureus is considered the most important species due to the high prevalence and the difficulty of in vivo treatment that is related to the expression of virulence factors and biofilm formation. This study aimed to detect the phenotypic expression of the biofilm formation in 20 S. aureus isolated from bovine mastitis and to evaluate the expression and regulation of genes involved in its production. MALDI-TOF and phenogenotypic identification assays were performed to characterize the isolates. The phenotypic biofilm production and the presence of icaA and icaD and bap genes were evaluated. The Agr system was typified (agr I, agr II, agr III and agr IV) and its regulator (agr RNAIII) was detected. Furtherly, Real-time PCR (qPCR) was performed at chosen times to quantify the expression of icaA, icaD and hld genes in three selected isolates. All 20 strains were biofilm producers and most presented icaA and icaD genes. Only one isolate presented the bap gene. The agr gene type II showed a prevalence of 70%. Transcriptional analysis revealed increased expression of ica genes at eight hours of growth. These results confirm that polysaccharides production mediated by the icaADBC operon genes is an essential mechanism to the biofilm formation and contributes to the early stages of bacterial growth.(AU)

Staphylococcus spp. desempenham um papel significativo na etiologia da mastite bovina. Staphylococcus aureus é considerada a espécie mais importante devido a alta prevalência e a dificuldade de tratamento in vivo que está relacionado à expressão dos fatores de virulência e formação de biofilme. Este estudo teve como objetivo detectar a expressão fenotípica da formação de biofilme em 20 cepas de S. aureus isoladas de mastite bovina e avaliar a expressão e regulação de genes envolvidos em sua produção. MALDI-TOF e ensaios de identificação fenogenotípica foram realizados para caracterizar os isolados. A produção fenotípica de biofilme e a presença dos genes icaA, icaD e bap foram avaliadas. O sistema Agr foi tipificado (agr I, agr II, agr III e agr IV) e seu regulador (agr RNAIII) foi detectado. Além disso, a PCR em tempo real (qPCR) foi realizada nos tempos determinados para quantificar a expressão dos genes icaA, icaD e hld em três isolados selecionados. Todas as 20 linhagens foram produtoras de biofilme e a maioria apresentava os genes icaA e icaD. Apenas um isolado apresentou o gene bap. O gene agr do tipo II mostrou uma prevalência de 70%. A análise transcricional revelou aumento da expressão de genes ica às oito horas de crescimento. Estes resultados confirmam que a produção de polissacarídeos mediada pelos genes do operon icaADBC é um mecanismo essencial para a formação do biofilme e contribui para os estágios iniciais do crescimento bacteriano.(AU)

Expression of icaA and icaD genes in biofilm formation in Staphylococcus aureus isolates from bovine subclinical mastitis

ABSTRACT: Staphylococcus spp. plays a significant role in the etiology of bovine mastitis. Staphylococcus aureus is considered the most important species due to the high prevalence and the difficulty of in vivo treatment that is related to the expression of virulence factors and biofilm formation. This study aimed to detect the phenotypic expression of the biofilm formation in 20 S. aureus isolated from bovine mastitis and to evaluate the expression and regulation of genes involved in its production. MALDI-TOF and phenogenotypic identification assays were performed to characterize the isolates. The phenotypic biofilm production and the presence of icaA and icaD and bap genes were evaluated. The Agr system was typified (agr I, agr II, agr III and agr IV) and its regulator (agr RNAIII) was detected. Furtherly, Real-time PCR (qPCR) was performed at chosen times to quantify the expression of icaA, icaD and hld genes in three selected isolates. All 20 strains were biofilm producers and most presented icaA and icaD genes. Only one isolate presented the bap gene. The agr gene type II showed a prevalence of 70%. Transcriptional analysis revealed increased expression of ica genes at eight hours of growth. These results confirm that polysaccharides production mediated by the icaADBC operon genes is an essential mechanism to the biofilm formation and contributes to the early stages of bacterial growth.

RESUMO: Staphylococcus spp. desempenham um papel significativo na etiologia da mastite bovina. Staphylococcus aureus é considerada a espécie mais importante devido a alta prevalência e a dificuldade de tratamento in vivo que está relacionado à expressão dos fatores de virulência e formação de biofilme. Este estudo teve como objetivo detectar a expressão fenotípica da formação de biofilme em 20 cepas de S. aureus isoladas de mastite bovina e avaliar a expressão e regulação de genes envolvidos em sua produção. MALDI-TOF e ensaios de identificação fenogenotípica foram realizados para caracterizar os isolados. A produção fenotípica de biofilme e a presença dos genes icaA, icaD e bap foram avaliadas. O sistema Agr foi tipificado (agr I, agr II, agr III e agr IV) e seu regulador (agr RNAIII) foi detectado. Além disso, a PCR em tempo real (qPCR) foi realizada nos tempos determinados para quantificar a expressão dos genes icaA, icaD e hld em três isolados selecionados. Todas as 20 linhagens foram produtoras de biofilme e a maioria apresentava os genes icaA e icaD. Apenas um isolado apresentou o gene bap. O gene agr do tipo II mostrou uma prevalência de 70%. A análise transcricional revelou aumento da expressão de genes ica às oito horas de crescimento. Estes resultados confirmam que a produção de polissacarídeos mediada pelos genes do operon icaADBC é um mecanismo essencial para a formação do biofilme e contribui para os estágios iniciais do crescimento bacteriano.

MALDI-TOF MS as a tool for the identification of Vibrio alginolyticus from Perna perna mussels (Linnaeus, 1758) / MALDI-TOF MS como ferramenta na identificação de Vibrio alginolyticus isolados de mexilhões Perna perna (Linnaeus, 1758)

Vibrio species are ubiquitous in aquatic environments, including coastal and marine habitats. Vibrio alginolyticus is an opportunistic pathogen for fish, crustaceans and mussels and their identification by biochemical tests may be impaired due their nutritional requirements. The study used Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF MS) to identify 49 Vibrio spp. isolates associated with mussels (Perna perna) from different locations along the Rio de Janeiro coast. The rpoA gene was used as a genus-specific marker of Vibrio spp. and was positive in all 209 isolates. MALDI-TOF MS confirmed 87.8% of V. alginolyticus when compared to the results of the biochemical tests. Four isolates were identified as Shewanella putrefaciens (8.16%) and one was identified as V. parahaemolyticus (2.0%). Just one isolate was not identified by this technique (2.0%). The pyrH sequencing confirmed 75% of the proteomic technique results. MALDI-TOF MS is an excellent option for characterization of bacterial species, as it is efficient, fast and easy to apply. In addition, our study confirms its high specificity and sensitivity in these marine bacteria identification.(AU)

Espécies de Vibrio são ubiquitárias em ambientes aquáticos, incluindo habitats costeiros e marinhos. A espécie Vibrio alginolyticus é oportunista para peixes, crustáceos e moluscos e a sua identificação através de testes bioquímicos pode ter a qualidade prejudicada devido às suas exigências nutricionais. O presente estudo utilizou Espectrometria de Massa por Tempo de Vôo de Ionização/Desorção por Laser Assistida por Matriz (MALDI-TOF MS) para identificar diferentes espécies de Vibrio provenientes de mexilhões (Perna perna) coletados em diferentes locais ao longo da costa do Rio de Janeiro. O gene rpoA foi utilizado como um marcador gênero-específico de Vibrio spp. sendo positivo em todos os 209 isolados. MALDI-TOF MS confirmou 87,75% de V. alginolyticus quando comparados com os resultados dos testes bioquímicos. Quatro isolados foram identificados como Shewanella putrefaciens (8,16%), um como V. parahaemolyticus (2,0%) e apenas um (2,0%) não foi identificado pela técnica proteômica. E o sequenciamento do pyrH confirmou 75% dos resultados da técnica proteomica. MALDI-TOF MS tem sido considerada uma excelente opção para a caracterização bacteriana, por ser eficiente, rápida, de fácil aplicação e este estudo confirmou a sua elevada especificidade e sensibilidade na identificação de bactérias marinhas.(AU)

Genetic analysis of mecA gene and detection of homologue pbpD in Stahylococcus sciuri group

Oxacillin/methicillin-resistance is related to the mecA and its regulatory genes mecR1 and mecI. Its origin is still unknown, although evidences support that it is related to CNS, once mecA and a homologue gene, pbpD, were both detected in Staphylococcus sciuri species group. The present work evaluated 210 samples of skin and ear swabs from rodents and 60 nasal swabs from equines of Army Biologic Institute, Rio de Janeiro. Pheno- and genotypic characterization provided 59.52% (25/42) and 78.57% (11/14) S. lentus and S. sciuri, respectively. It was observed that although all S. sciuri isolates tested positive for pbpD, there was no correlation with oxacillin-resistance. On the other hand, isolates tested positive for mecA gene also presented phenotypic oxacillin-resistance in at least one assay. The alignment of the mecA gene showed that the nucleotide sequences were sorted into 2 different groups, one comprising the bovine strains and the other containing human and equine strains.